特許 6383429 照射計画装置および照射計画補正方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6383429

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】照射計画装置および照射計画補正方法

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20180820BHJP

【ＦＩ】

   A61N5/10 P

【請求項の数】9

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-555093(P2016-555093)

(86)(22)【出願日】2015年10月24日

(86)【国際出願番号】JP2015005352

(87)【国際公開番号】WO2016063548

(87)【国際公開日】20160428

【審査請求日】2017年10月4日

(31)【優先権主張番号】特願2014-217869(P2014-217869)

(32)【優先日】2014年10月24日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】301032942

【氏名又は名称】国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】100135781

【弁理士】

【氏名又は名称】西原 広徳

(72)【発明者】

【氏名】稲庭 拓

(72)【発明者】

【氏名】兼松 伸幸

【審査官】 寺澤 忠司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２５２４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００４１６８５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｎ ５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粒子線による照射計画を作成する照射計画装置であって、
前記粒子線の照射対象を前記粒子線とは異なる放射線により３次元スキャニングした３次元スキャニングデータを取得する３次元スキャニングデータ取得部と、前記照射対象に対して粒子線を照射する領域の位置と量を示す処方データを取得する処方データ取得部と、
前記粒子線に反応する前記照射対象の物質の能力を表す物理量の分布を示す反応物理量分布データを前記３次元スキャニングデータに基づいて作成する反応物理量分布データ作成部と、
前記処方データと前記反応物理量分布データに基づいて線量分布を求める線量分布算出部とを備え、
前記反応物理量分布データ作成部は、
前記３次元スキャニングデータを、水に対して着目する物質がどれくらい入射粒子を減速させる能力があるかを示す物理量である阻止能比に変換して３次元阻止能比データを作成する阻止能比補正処理部と、
前記３次元阻止能比データから水と照射対象物質との違いを表す補正係数を求め、該補正係数により粒子線の深部線量分布を深さ毎に補正する照射対象物質補正処理部とで構成された
照射計画装置。

【請求項2】

前記照射対象物質補正処理部は、
粒子線の深部線量分布を原子番号に応じて成分分けするか、あるいは粒子線の相互作用によって成分分けして、成分別に深部線量分布の補正を実行する構成である
請求項１記載の照射計画装置。

【請求項3】

前記照射対象物質補正処理部は、
前記３次元阻止能比データを、水に対して着目する物質がどれくらい入射粒子を砕きやすいかを表す物理量である核反応実効密度に変換して３次元核反応実効密度データを作成し、粒子線の深部線量分布を原子番号に応じて成分分けし、補正係数を適用する成分と適用しない成分とに分けて深部線量分布の補正する核反応実効密度補正処理部である
請求項２記載の照射計画装置。

【請求項4】

前記核反応実効密度補正処理部は、
データ原子番号が３〜５の成分を、前記補正係数を適用しない成分とし、
原子番号が６の成分を、粒子線フルエンスの変化から求めた減弱補正係数を乗算する成分とし、
原子番号が１〜２の成分を、前記減弱補正係数の逆数を乗算する成分とした
請求項３記載補正の照射計画装置。

【請求項5】

前記照射対象物質補正処理部は、
粒子線の深部線量分布を少なくとも電磁相互作用に関する成分と核反応に関する成分に分け、それぞれについて補正係数により補正する粒子線作用補正処理部である
請求項２記載の照射計画装置。

【請求項6】

前記照射対象物質補正処理部は、
粒子線の深部線量分布を前記電磁相互作用に関する成分と、前記核反応に関する成分と、弾性散乱および非弾性散乱に関する成分の３成分に分けてそれぞれ補正係数により補正し、補正後の値を加算する構成である
請求項５記載の照射計画装置。

【請求項7】

コンピュータを、
前記粒子線の照射対象を前記粒子線とは異なる放射線により３次元スキャニングした３次元スキャニングデータを取得する３次元スキャニングデータ取得部と、
前記照射対象に対して粒子線を照射する領域の位置と量を示す処方データを取得する処方データ取得部と、
前記粒子線に反応する前記照射対象の物質の能力を表す物理量の分布を示す反応物理量分布データを前記３次元スキャニングデータに基づいて作成する反応物理量分布データ作成部と、
前記処方データと前記反応物理量分布データに基づいて線量分布を求める線量分布算出部として機能させ、
前記反応物理量分布データ作成部を、
前記３次元スキャニングデータを、水に対して着目する物質がどれくらい入射粒子を減速させる能力があるかを示す物理量である阻止能比に変換して３次元阻止能比データを作成する阻止能比補正処理部と、
前記３次元阻止能比データから水と照射対象物質との違いを表す補正係数を求め、その補正係数により粒子線の深部線量分布を深さ毎に補正する照射対象物質補正処理部として機能させる
照射計画プログラム。

【請求項8】

コンピュータを、
３次元スキャニングデータを、水に対して着目する物質がどれくらい入射粒子を減速させる能力があるかを示す物理量である阻止能比に変換して３次元阻止能比データを作成する阻止能比補正処理部と、
前記３次元阻止能比データから水と照射対象物質との違いを表す補正係数を求め、その補正係数により粒子線の深部線量分布を深さ毎に補正する照射対象物質補正処理部として機能させる
照射計画補正プログラム。

【請求項9】

粒子線による照射計画を補正する照射計画補正方法であって、
３次元スキャニングデータを、水に対して着目する物質がどれくらい入射粒子を減速させる能力があるかを示す物理量である阻止能比に変換して３次元阻止能比データを作成し、
前記３次元阻止能比データから水と照射対象物質との違いを表す補正係数を求め、その補正係数により粒子線の深部線量分布を深さ毎に補正する
照射計画補正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、例えば粒子線の照射計画を作成するような照射計画装置、照射計画プログラム、照射計画補正プログラム、および照射計画補正方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、陽子線治療及び炭素線治療に代表される粒子線治療に用いられる照射計画装置は、人体を密度の違う水として近似し、水中で測定した線量分布を人体という不均質媒質に適用することで体内での線量分布を計算している（特許文献１参照）。実際には、ＣＴ装置や撮影条件毎に予め用意した換算表を用いて、患者のＣＴ画像の画素値（ＣＴ値）を、物質の粒子線に対する実効的な密度を表す阻止能比に変換することで、人体を密度の違う水として表現している。ここで、ＣＴ値は、物質のＸ線に対する実効的な線源弱係数を表す。

【0003】

しかし、人体組成は水とは異なる。このため、入射粒子が体内で起こす核反応の割合は、水中で起こす核反応の割合とは異なる。核反応の割合が異なるということは、飛程付近まで到達する入射粒子の数が、体内と水中とでは異なることを意味する。

【0004】

ここで、停止位置付近まで到達する入射粒子の割合は、ブラッグピークの高さに直接影響する。このため、水中で測定された線量分布を体内に当てはめることで得られた照射計画の線量分布には、水と人体との核反応の違いに起因する誤差が生じる。しかも、その誤差の程度は、患者毎、ビーム方向毎に異なる。

【0005】

しかし、現在までのところ、この誤差を補正する実用的なアルゴリズムは報告されていない。

【0006】

一方、品質保証のための絶対線量測定では、取扱いの容易さから、標準物質である水の代替物として固体ファントムがしばしば用いられる。この場合、水と固体ファントムの組成の違い（それによる核反応確率の違い）により線量誤差が生じることが報告されている（非特許文献１，２参照）。

【0007】

この線量誤差を補正するため、絶対線量測定の場では、モンテカルロ計算や実測データを基に、固体ファントム中での測定値を水中での値に換算する係数（ｆｌｕｅｎｃｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ）を求めておく。そして、この係数を用いて、固体ファントム中での測定値を水中線量に換算している（非特許文献３，４参照）。

【0008】

理想的には、患者体内の線量分布計算で生じる線量誤差もｆｌｕｅｎｃｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒで補正すればよい。

【0009】

しかし、患者体内で補正係数を実測することは不可能である。その上、患者毎、ビーム毎に補正係数をモンテカルロ計算で求めていくことも非現実的である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１３−２５２４２０号公報

【非特許文献】

【0011】

【非特許文献1】Ｐａｌｍａｎｓ Ｈ ａｎｄ Ｖｅｒｈａｅｇｅｎ Ｆ， １９９７， Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｄｅｐｔｈ ｄｏｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｐｒｏｔｏｎ ｂｅａｍｓ ｉｎ ｓｏｍｅ ｌｏｗ−Ｚ ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｈｙｓ． Ｍｅｄ． Ｂｉｏｌ． ４２， １１７５−８３

【非特許文献2】Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ Ｕ， Ｐｅｍｌｅｒ Ｐ， Ｂｅｓｓｅｒｅｒ Ｊ， Ｄｅｌｌｅｒｔ Ｍ， Ｍｏｏｓｂｕｒｇｅｒ Ｍ， Ｂｏｅｒ Ｊ， Ｐｅｄｒｏｎｉ Ｅ ａｎｄ Ｂｏｅｈｒｉｎｇｅｒ Ｔ， ２００２， Ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｄｏｓｉｍｅｔｒｙ ｗｉｔｈ ｓｍａｌｌ ｐｒｏｔｏｎ ｂｅａｍｓ Ｍｅｄ． Ｐｈｙｓ． ２９， ２９４６−５１

【非特許文献3】Ｐａｌｍａｎｓ Ｈ ａｎｄ Ｖｅｒｈａｅｇｅｎ Ｆ， ２００５， Ａｓｓｉｇｎｉｎｇ ｎｏｎｅｌａｓｔｉｃ ｎｕｃｌｅａｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｔｏ Ｈｏｕｎｓｆｉｅｌｄ ｕｎｉｔｓ ｆｏｒ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｏｆ ｐｒｏｔｏｎ ｂｅａｍｓ Ｐｈｙｓ． Ｍｅｄ． Ｂｉｏｌ． ５０， ９９１−１０００

【非特許文献4】Ａｌ−Ｓｕｌａｉｔｉ Ｌ， Ｓｈｉｐｌｅｙ Ｄ， Ｔｈｏｍａｓ Ｒ， Ｋａｃｋｐｅｒｅｋ Ａ， Ｒｅｇａｎ Ｐ ａｎｄ Ｐａｌｍａｎｓ Ｈ， ２０１０， Ｗａｔｅｒ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｃｌｉｎｉｃａｌ ｐｒｏｔｏｎ ｄｏｓｉｍｅｔｒｙ ｂｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｎｕｃｌ． Ｉｎｓｔｒｕｍ． Ｍｅｔｈ． Ａ ６１９， ３４４−７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

この発明は、上述した問題に鑑み、粒子線照射計画における体内での線量分布の計算において、入射粒子が体内で起こす核反応確率が水中で起こす核反応確率と異なることに起因する線量誤差を、簡便かつ高精度に補正する照射計画装置、照射計画プログラム、照射計画補正プログラム、および照射計画補正方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

この発明は、粒子線による照射計画を作成する照射計画装置であって、前記粒子線の照射対象を前記粒子線とは異なる放射線により３次元スキャニングした３次元スキャニングデータを取得する３次元スキャニングデータ取得部と、前記照射対象に対して粒子線を照射する領域の位置と量を示す処方データを取得する処方データ取得部と、前記粒子線に反応する前記照射対象の物質の能力を表す物理量の分布を示す反応物理量分布データを前記３次元スキャニングデータに基づいて作成する反応物理量分布データ作成部と、前記処方データと前記反応物理量分布データに基づいて線量分布を求める線量分布算出部とを備え、前記反応物理量分布データ作成部は、前記３次元スキャニングデータを、水に対して着目する物質がどれくらい入射粒子を減速させる能力があるかを示す物理量である阻止能比に変換して３次元阻止能比データを作成する阻止能比補正処理部と、前記３次元阻止能比データから水と照射対象物質との違いを表す補正係数を求め、該補正係数により粒子線の深部線量分布を深さ毎に補正する照射対象物質補正処理部とで構成された照射計画装置、これに用いる照射計画プログラム、照射計画補正プログラム、および照射計画補正方法であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

この発明により、粒子線照射計画における体内での線量分布の計算において、入射粒子が体内で起こす核反応確率が水中で起こす核反応確率と異なることに起因する線量誤差を、簡便かつ高精度に補正する照射計画装置、照射計画プログラム、照射計画補正プログラム、および照射計画補正方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】線量を示すグラフによる説明図。

【図2】本線量分布補正を簡単に示したグラフによる説明図。

【図3】３次元スキャニングデータの画像および変換後の画像を示す説明図。

【図4】陽子線の水中での深部線量分布と各相互作用の寄与を示すグラフ図。

【図5】ＩＣＲＵ人体組織の阻止能比と各補正係数の関係を示す説明図。

【図6】一連の変換の様子を示す画像図とヒストグラム。

【図7】粒子線照射システムの全体構成を示す説明図。

【図8】第２実施形態に係る粒子線照射システム１Ａの全体構成を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明者らは、粒子線照射計画における体内での線量分布の計算において、入射粒子が体内で起こす核反応確率が水中で起こす核反応確率と異なることに起因する線量誤差を排除するべく鋭意研究を行った。

【0017】

そして、この線量誤差を、簡便かつ高精度に補正する方法を開発した。まず、この補正方法の基本原理について説明する。

【0018】

＜炭素線治療の場合＞
炭素線治療において、炭素線が体内に入射すると、炭素イオンの一部は体内の原子核との核破砕反応を通してその数を減らしていく。逆に、核破砕反応により生成されるフラグメント粒子は徐々にその数を増していき、炭素線が停止する位置を超えて広く拡散していく。

【0019】

図１（Ａ）は、モンテカルロ計算により導出した炭素線の水中での深部粒子数分布を原子番号ごとに示した図である。横軸は体表からの深さ、縦軸はフルエンスを示している。炭素線の線量分布ｄ_ｊ（ｘ，ｙ，ｚ）は、入射粒子（炭素イオン）とフラグメント粒子からの線量寄与によるが、横方向の広がりの違いから、３つの成分の重ね合わせとして次の［数１］と表現できる。

【0020】

【数1】

※ｄ_ｎ，ｊ（ｘ，ｙ，ｚ）は、ｎ番目の成分の線量分布を表す。
Ｉ_ｎは、ｎ番目の成分の線量分布をビーム軸と垂直な面内で積分した深部線量分布（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｄｅｐｔｈ Ｄｏｓｅ： ＩＤＤ）を表す。
Ｇ（ｘ，ｙ，σ_ｎ，ｊ（ｚ））は、標準偏差σをもつ２次元正規分布を表す。
※詳細は、Ｉｎａｎｉｗａ Ｔ， Ｆｕｒｕｋａｗａ Ｔ， Ｎａｇａｎｏ Ａ， Ｓａｔｏ Ｓ， Ｓａｏｔｏｍｅ Ｎ， Ｎｏｄａ Ｋ ａｎｄ Ｋａｎａｉ Ｔ， ２００９， Ｆｉｅｌｄ−ｓｉｚｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｄｏｓｅｓ ｉｎ ｃａｒｂｏｎ−ｉｏｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｒａｎｇｅ ｓｈｉｆｔｅｒ ｐｌａｔｅｓ． Ｍｅｄ． Ｐｈｙｓ． ３６， ２８８９−９７ 参照。

【0021】

ここで、第１成分（第１の領域）は入射粒子（炭素線治療なら炭素イオン）、第２成分（第２の領域）は原子番号１，２以外の重いフラグメント、第３成分（第３の領域）は原子番号が１，２の軽いフラグメントによる寄与であると近似する。

【0022】

図１（Ｂ）は、一例として２９０ＭｅＶ／ｕのエネルギーを持つ炭素線の深部線量分布を示すグラフ図である。横軸は体表からの深さ、縦軸は線量を示している。グラフ１０１は、炭素線の水中での深部線量分布ＩＤＤ_{ｔｏｔａｌ}を示し、グラフ１０２は、第１成分（Ｚ＝６）の線量寄与を示し、グラフ１０３は第２成分（Ｚ＝３〜５）の線量寄与を示し、グラフ１０４は第３成分（Ｚ＝１〜２）の線量寄与を示している。

【0023】

粒子線の照射計画では、予め用意した換算表を用いて、患者のＣＴ画像の画素値（ＣＴ値）を、物質の水に対する阻止能比ρ_Ｓに変換することで、人体という不均質媒質を阻止能比の分布として表現する。ここで、阻止能比ρ_Ｓは、水に対して着目する物質がどれくらい入射粒子を減速させる能力があるかを表す物理量である。一般に粒子線照射計画では、変換で得られた阻止能比の分布に対し、図１（Ｂ）に示したような水中で測定した線量分布を当てはめることで体内での線量分布を計算する。

【0024】

発明者らは、ＩＣＲＵレポート（ＩＣＲＵ Ｒｅｐｏｒｔ １９９２）に纏められた人体組織の組成一覧から、各組織の阻止能比ρ_Ｓと核反応実効密度ρ_Ｎの普遍的な相関関係を導いた。ここで、核反応実効密度ρ_Ｎは、水に対して着目する物質がどれくらい入射粒子を砕きやすいかを表す物理量である。

【0025】

本発明では、まず、粒子線とは異なる放射線であるＸ線を用いてＣＴ装置により３次元スキャニングを行って得たＣＴ値の３次元分布から阻止能比ρ_Ｓの３次元分布を得て、さらにρ_Ｓとρ_Ｎの相関関係を用いて、核応実効密度ρ_Ｎの３次元分布を作成する。

【0026】

体表から着目する深さｚまでの、粒子の減速に関する実効的な距離Ｓ_Ｓ（ｚ）は、阻止能比ρ_Ｓを着目する深さｚまで線積分することで、次の［数２］と与えられる。

【0027】

【数2】

一方、深さｚまでの、粒子を砕く（核反応を起こす）ことに関する実効的な距離Ｓ_Ｎ（ｚ）は、核反応実効密度ρ_Ｎをｚまで線積分することで、次の［数３］と与えられる。

【0028】

【数3】

【0029】

ここで、炭素線の水中での粒子束（フルエンス）を測定したＨａｅｔｔｎｅｒ等の実験がある。（詳細は、Ｈａｅｔｔｎｅｒ Ｅ， Ｉｗａｓｅ Ｈ， Ｋｒａｍｅｒ Ｍ， Ｋｒａｆｔ Ｇ ａｎｄ Ｓｃｈａｒｄｔ Ｄ， ２０１３， Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｎｕｃｌｅａｒ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ２００ ａｎｄ ４００ ＭｅＶ／ｕ １２Ｃ ｉｏｎｓ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｆｏｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｔｈｅｒａｐｙ Ｐｈｙｓ． Ｍｅｄ． Ｂｉｏｌ． ５８， ８２６５−７９ 参照。）

【0030】

Ｋａｎｅｍａｔｓｕ等は、炭素線フルエンスの指数関数的減衰モデルのもとで、炭素線の平均自由行程（ｍｅａｎ ｆｒｅｅ ｐａｔｈ）λを２５５ ｍｍと導いている。（※詳細は、Ｋａｎｅｍａｔｓｕ Ｎ， Ｋｏｂａ Ｙ ａｎｄ Ｏｇａｔａ Ｒ， ２０１３， Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｌａｓｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｒａｎｇｅ ｓｈｉｆｔｉｎｇ， ｒａｎｇｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｓｏｌｉｄ ｐｈａｎｔｏｍ ｄｏｓｉｍｅｔｒｙ ｉｎ ｃａｒｂｏｎ−ｉｏｎ ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ Ｍｅｄ． Ｐｈｙｓ． ４０， ０４１７２４−１−６ 参照）
この関係を用いれば、着目する深さｚまでに生じる、水中と体内での核反応による炭素線フルエンスの変化を、次の［数４］で表すことができる。

【0031】

【数4】

ここで、φ_ｗ^ｐ（ｚ）を減弱補正係数（Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ）と呼ぶことにする。

【0032】

減弱補正係数はその定義より、水よりも阻止能あたりに起こす核反応確率が高い物質を通過してきた場合には、Ｓ_Ｓ（ｚ）＜Ｓ_Ｎ（ｚ）となる関係からφ_ｗ^ｐ（ｚ）＜１．０となる。

【0033】

逆に、水よりも阻止能あたりに起こす核反応確率が低い物質を通過してきた場合には、Ｓ_Ｓ（ｚ）＞Ｓ_Ｎ（ｚ）となる関係からφ_ｗ^ｐ（ｚ）＞１．０となる。

【0034】

この補正係数を用いて、［数１］で示した深部線量分布を補正する式は、次の［数５］に示す式で得られる。

【0035】

【数5】

入射粒子の線量は、入射粒子のフルエンスに比例するため、Ｉ_１，ｊをφ_ｗ^ｐ（ｚ）で補正する。フラグメント粒子は入射粒子の減弱の程度が多いほど増えるため、第３成分の線量寄与Ｉ_３，ｊを１／φ_ｗ^ｐ（ｚ）で補正する。第２成分Ｉ_２，ｊの補正をしないのは、経験的なものによる。

【0036】

図２は、本線量分布補正を簡単に示したグラフによる説明図である。図２（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）は、縦軸を炭素線フルエンス、横軸を体表からの深さとし、図２（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）は、ブラッグ曲線を示し、縦軸を深部線量、横軸を体表からの深さとしている。

【0037】

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、いずれも水中での炭素線フルエンスまたは深部線量を示している。図示するように、グラフ１１１は、深さに応じて炭素線フルエンスが低くなっており、グラフ１１６は、深さ１．０付近でピークを示している。

【0038】

図２（Ｃ）および図２（Ｄ）は、いずれも水よりも阻止能あたりに核反応を起こしにくい物質中（φ_ｗ^ｐ（ｚ）＞１．０）での炭素線フルエンスまたは深部線量を示している。図示するように、グラフ１１２はグラフ１１１より全体的に少し高くなっており、グラフ１１７もグラフ１１６より全体的に少し高くなっている。

【0039】

図２（Ｅ）および図２（Ｆ）は、いずれも水よりも阻止能あたりに核反応を起こしやすい物質中（φ_ｗ^ｐ（ｚ）＜１．０）での炭素線フルエンスまたは深部線量を示している。図示するように、グラフ１１３はグラフ１１１より全体的に少し低くなっており、グラフ１１８もグラフ１１６より全体的に少し低くなっている。このように核反応を起こしやすい物質であればフルエンスおよび深部線量は低くなり、逆に、核反応を起こしにくい物質であればフルエンスおよび深部線量は高くなる。

【0040】

図３は、一連の変換の様子を示す画像図である。図３（Ａ）は、減弱係数μを用いたＣＴ値の画像を示し、図３（Ｂ１）は、阻止能比ρ_Ｓによって補正した阻止能比画像を示し、図３（Ｃ１）は、さらに核反応実効密度ρ_Ｎによって補正した核反応実効密度画像を示す。また、図３（Ｂ２）は縦軸を阻止能比、横軸を減弱係数とし、ＣＴ値の画像から阻止能比画像を求めるのに使用する変換表を示す図である。図３（Ｃ２）は、縦軸を核反応実効密度、横軸を阻止能比とし、阻止能比画像から核反応実効密度画像を求めるのに使用する変換表を示す図である。このように、ＣＴ値から核反応実効密度画像を求め、前記補正を適用することで、精度のよい粒子線照射計画を作成することができる。

【0041】

＜陽子線治療の場合＞
陽子線が水中を通過すると、水分子の電子または原子核との間で、水分子の電子（体内であれば体内の電子）に対してエネルギーを与えながら陽子線がエネルギーを失って減速していく電磁相互作用（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ： ＥＭ）、全体の運動エネルギーが保存されながらエネルギーを渡すだけで原子核の種類が変化しない弾性散乱（ｅｌａｓｔｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ： ＥＬ）、エネルギーを渡すことで原子核の種類は変わらないが励起する非弾性散乱（ｉｎｅｌａｓｔｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ： ＩＥ）、それ以外（ＥＭ、ＥＬ、ＩＥ以外）の反応である核反応（ｎｏｎｅｌａｓｔｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ： ＮＥ）を起こす。ここで、ＥＬまたはＩＥを起こした陽子は、その反応で僅かにエネルギーを失うが、ＥＭのみを起こす陽子束とほぼ同じ深さまで到達する。ＥＬとＩＥを起こした陽子束をまとめて扱えば、陽子線が水中に付与する線量分布Ｄ（ｓ）は、次の［数６］に示すように、各相互作用の寄与（Ｄ_ＥＭ（ｓ）、Ｄ_{ＥＬ／ＩＥ}（ｓ）、Ｄ_ＮＥ（ｓ））の加算で表すことができる。

【0042】

【数6】

※Ｄ_ＥＭ（ｓ）は、ＥＭ相互作用のみを起こした入射粒子による水の吸収線量を表す。
Ｄ_{ＥＬ／ＩＥ}（ｓ）は、ＥＬ相互作用またはＩＥ相互作用を起こした入射粒子による水の吸収線量を表す。
Ｄ_ＮＥ（ｓ）は、ＮＥ相互作用に起因する水の吸収線量を表す。

【0043】

一方、陽子束が水以外の物質を通過した場合に、物質中の深さｚ（水等価深ｓ）に付与する線量（ｄｏｓｅ ｔｏ ｗａｔｅｒ ｉｎ ｍａｔｅｒｉａｌ）は、次の［数７］により表される。

【0044】

【数7】

ここで、［数７］における各成分（ターム）を説明する。

【0045】

＜第１成分 ＥＭ系統＞
１−Ａｓは水の中でのＥＭ相互作用のみを起こした陽子数（フルエンス）の変化を示す。Ａは傾きを表し、１−Ａｓは水について深さｓにおいてＥＭ相互作用のみを起こした陽子数（フルエンス）がどれくらい減っているかを表す。
１−Ａ’ｓは、水ではないものが、水と同じ深さまできたときにフルエンスがどれだけ減っているかを表す。
つまり、（１−Ａ’ｓ）／（１−Ａｓ）は、深さｓにおいてＥＭの反応がどれだけ水と違ったかという補正をかけている。

【0046】

＜第２成分 ＥＬ／ＩＥ系統＞
Ｙは傾きを示し、水について深さｓにおいてＥＬ相互作用またはＩＥ相互作用を起こした陽子数（フルエンス）がどれだけ増えているかを表す。
Ｙ’は、水ではないものが、水と同じ深さまできたときにＥＬ相互作用またはＩＥ相互作用を起こした陽子数（フルエンス）がどれだけ増えているかを表す。
つまり、Ｙ’／Ｙは、深さｓにおいてＥＬおよびＩＥの反応がどれだけ水と違ったかという補正をかけている。なお、本来はＹ’ｓ／Ｙｓと表現されるが、深さｓが分子と分母にあるためにキャンセルされてＹ’／Ｙで表されている。

【0047】

＜第３成分 ＮＥ系統＞
Ａ−Ｙは、水の中でＮＥの反応がどれだけ起こっているかを表す。
Ａ’−Ｙ’は、物質中で、水と同じ深さ（水等価深）まできたときにＮＥの反応がどれだけ起こっているかを表す。
つまり、Ａ’−Ｙ’／Ａ−Ｙは、物質中の水等価深ｓにおいてＮＥの反応がどれだけ水と違ったかという補正をかけている。
γは、水について、入射陽子が核反応をおこした際にどれだけ荷電粒子にエネルギーを与えたかを示している。詳述すると、核反応で生じた荷電粒子は反応が起こったところの近傍でエネルギーを落とすので線量計算に含めるが、核反応で生じた中性子やガンマ線は反応が起こったところの近傍にエネルギーをそれほど落とさないので線量計算に含めない。このため、γが大きければ荷電粒子に受け渡されるエネルギーの割合が大きいことを示し、γが小さければ中性子やガンマ線に受け渡されるエネルギーの割合が大きく荷電粒子に受け渡されるエネルギーの割合が小さいことを示す。
γ’は、水以外のものが、どれだけ核反応をおこしてどれだけ荷電粒子にエネルギーを与えたかを示している。
つまり、γ’／γは、深さｓにおいてＮＥの反応により荷電粒子に受け渡されるエネルギーの割合がどれだけ水と違ったかを示す。

【0048】

ここで、Ｄ_ＥＭの補正係数（１−Ａ’ｓ（ｚ））／（１−Ａｓ（ｚ）））は、ＥＭ相互作用のみをおこす一次陽子数の物質中と水中との比を、Ｄ_{Ｅｌ／ＩＥ}の補正係数Ｙ’／Ｙは、ＥＬ／ＩＥ相互作用を起こす陽子数の物質中と水中との比を表す。

【0049】

また、Ｄ_ＮＥの補正係数γ’／γと（Ａ’−Ｙ’）／（Ａ−Ｙ）はそれぞれ“核反応を起こした陽子のエネルギーが標的の荷電粒子に与えられる割合”および“核反応を起こす陽子数”の物質中と水中との比を表す。物質が深さｚに応じて連続的に変化する場合、上記［数７］は、次の［数８］とすることで一般性を失わない。

【0050】

【数8】

すなわち、物質毎に補正係数Ａ，Ａ’，Ｙ，Ｙ’，γ’／γと阻止能比ρｓがわかっていれば、水中での各相互作用の線量寄与Ｄ_ＥＭ、Ｄ_{ＥＬ／ＩＥ}、Ｄ_ＮＥを［数８］の式にしたがって補正して足し合わせることで、物質中での線量分布を計算することが可能になる。

【0051】

図４は、エネルギー２１６ＭｅＶの陽子線の水中での深部線量分布Ｄと各相互作用の寄与Ｄ_ＥＭ、Ｄ_{ＥＬ／ＩＥ}、Ｄ_ＮＥを示したグラフ図である。縦軸は線量を示し、横軸は深さを示している。

【0052】

粒子線の照射計画では、予め用意した換算表を用いて、患者のＣＴ画像の画素値（ＣＴ値）を、物質の水に対する阻止能比ρ_Ｓに変換することで、人体という不均質媒質を阻止能比の分布として表現する。ここで、阻止能比ρ_Ｓは、水に対して着目する物質がどれくらい入射粒子を減速させる能力があるかを表す物理量である。一般に粒子線照射計画では、変換で得られた阻止能比の分布に対し、水中で測定した線量分布を当てはめることで体内での線量分布を計算する。

【0053】

発明者らは、ＩＣＲＵレポート（ＩＣＲＵ Ｒｅｐｏｒｔ １９９２）に纏められた人体組織の組成一覧をもとに、モンテカルロシミュレーションコードＧＥＡＮＴ４内に人体組織ファントムを作成し、ファントムへの陽子線照射を模擬することで、各組織の阻止能比ρｓと各補正係数Ａ’／Ａ，Ｙ’／Ｙ，γ’／γの普遍的な相関関係を導いた。基準物質である水についてもＧＥＡＮＴ４で陽子線照射を模擬することで、ＥＭ減弱係数ＡとＥＬ／ＩＥ収率Ｙを求めた。

【0054】

図５は、ＩＣＲＵ人体組織の阻止能比ρｓと各補正係数Ａ’／Ａ，Ｙ’／Ｙ，γ’／γの関係を示す説明図である。各図において、縦軸は補正係数、横軸は阻止能比（粒子線の止めやすさ）を示している。また、各図にプロットされている「＋」は、ＩＣＲＵ人体組織における各組織（各物質）のパラメータを拾い出して一つずつプロットしたものである。図において、阻止能比が１．０より大きいものは粒子線を水より止めやすい組織（物質）であることを示し、１．０より小さいものは粒子線を水より止めにくい組織（物質）であることを示す。

【0055】

図５（ａ）は、ＥＭについての補正係数Ａ’／Ａのグラフを示し、図５（ｂ）は、ＥＬ／ＩＥについての補正係数Ｙ’／Ｙのグラフを示し、図５（ｃ）は、ＮＥについての補正係数Ａ’／Ａのグラフを示す。図示するように、各補正係数のグラフは、図５（ａ），図５（ｂ）に示すＥＭおよびＥＬ／ＩＥについては正の相関を示し、図５（ｃ）に示すＮＥについては負の相関を示している。

【0056】

粒子線の治療計画装置では、Ｘ線の実効的な線減弱係数を表すＣＴ値を（ＣＴ装置と撮影条件毎に校正された）変換テーブルを介して阻止能比ρｓに変換する。すなわち、治療計画装置では、線量計算を行う際に、患者体内の阻止能比分布ρｓが予め決定されている。したがって、図５に示した阻止能比ρｓと各補正係数Ａ’／Ａ，Ｙ’／Ｙ，γ’／γの普遍的な相関関係および水のＥＭ減弱係数ＡとＥＬ／ＩＥ収率Ｙから体内での線量計算に［数８］の式の補正を適用することが可能になる。

【0057】

図６は、一連の変換の様子を示す画像図とヒストグラムである。図６（ａ）は、補正前の線量分布の画像を示し、図６（ｂ）は、補正後の線量分布の画像を示し、図６（ｃ）は、補正前（非補正）と補正後の線量差の画像を示す。また、図６（ｄ）は縦軸を体積、横軸を線量とする線量体積ヒストグラムである。このように、ＣＴ値から核反応実効密度画像を求め、前記補正を適用することで、精度のよい粒子線照射計画を作成することができる。

【0058】

以下、本発明の一実施形態を図面と共に説明する。

【実施例1】

【0059】

図７は、本発明の第１実施形態に係る粒子線照射システム１の全体構成を示す説明図である。

【0060】

粒子線照射システム１は、イオン源２から照射された荷電粒子ビーム３を加速して出射する加速器４と、該加速器４から出射された荷電粒子ビーム３を輸送するビーム輸送系５と、該ビーム輸送系５を経た荷電粒子ビーム３を患者７の照射対象であるターゲット部８（例えば、腫瘍部）に照射する照射装置（スキャニング照射装置）６と、前記粒子線照射システム１を制御する制御装置１０と、粒子線照射システム１の照射パラメータを決定するコンピュータとしての照射計画装置２０とを備えている。なお、この実施例では、イオン源２から照射する荷電粒子ビーム３として炭素線ビームを使用するが、これに限らず様々な荷電粒子ビーム（荷電重粒子ビームを含む）を照射する粒子線照射システム１に本発明を適用できる。

【0061】

前記加速器４は荷電粒子ビーム３の強度を調整するようになっている。
前記照射装置６は、荷電粒子ビーム３をビーム進行方向（Ｚ方向）に垂直な平面を形成するＸ−Ｙ方向に偏向させるスキャニングマグネット（図示省略）と、荷電粒子ビーム３の位置を監視する線量モニタ（図示省略）と、Ｚ方向の荷電粒子ビーム３の停止位置を調整するレンジシフタ（図示省略）とを備え、ターゲット部８に対しスキャン軌道沿って荷電粒子ビーム３をスキャンするようになっている。

【0062】

前記制御装置１０は、加速器４からの荷電粒子ビーム３の強度や、ビーム輸送系５内での荷電粒子ビーム３の位置修正や、照射装置６のスキャニングマグネット（図示省略）によるスキャニングや、レンジシフタ（図示省略）によるビーム停止位置等を制御するようになっている。

【0063】

前記照射計画装置２０は、キーボードおよびマウス等で構成される入力装置２１、液晶ディスプレイまたはＣＲＴディスプレイ等で構成される表示装置２２、ＣＰＵおよびＲＯＭおよびＲＡＭで構成される制御装置２３、ＣＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体２９に対するデータの読み書きを行うディスクドライブ等で構成される媒体処理装置２４、および、ハードディスク等で構成される記憶装置２５を備えている。

【0064】

制御装置２３は、記憶装置２５に記憶されている照射計画プログラム３９ａおよび照射計画補正プログラム３９ｂを読み込み、領域設定処理部３１、処方データ入力処理部３２、演算部３３、出力処理部３４、３次元ＣＴ値データ取得部３６、阻止能比変換部３７、および核反応実効密度変換部３８として機能する。

【0065】

記憶部２５は、３次元ＣＴ値データ（３次元スキャニングデータ）を阻止能比に変換する第１変換データ４１と、この阻止能比を核反応実効密度に変換する第２変換データ４２を記憶している。第１変換データ４１は、ＣＴ値を阻止能比に変換する従来技術による換算表のデータである。第２変換データ４２は、阻止能比を核反応実効密度に変換する本発明による換算表のデータであり、減弱補正係数φ_ｗ^ｐ（ｚ）は、各変換で得られた阻止能比と核反応実効密度の３次元分布から上述した［数２］〜［数４］から求められる。

【0066】

このように構成された照射計画装置２０は、照射計画プログラム３９ａおよび照射計画補正プログラム３９ｂに従って、各機能部が次のように動作する。

【0067】

まず、３次元ＣＴ値データ取得部３６は、別途のＣＴ装置から照射対象（患者）の３次元ＣＴ値データを取得する。すなわち、照射対象の各３次元位置におけるＸ線に対する実効的な線減弱係数を３次元ＣＴ値データとして取得する。

【0068】

領域設定処理部３１は、表示装置２２に３次元ＣＴ値データを画像表示し、計画作成者が入力装置２１で入力する領域指定（ターゲット部８の指定）を受け付ける。

【0069】

処方データ入力処理部３２は、表示装置２２に処方入力用画面を表示し、計画作成者が入力装置２１で入力する処方データを受け付ける。この処方データは、３次元ＣＴ値データの各座標における粒子線の照射位置と照射量を示すデータである。なお、この処方データには、粒子線の種類（例えば炭素原子核または水素原子核等）も含めて種類別の照射位置と照射量とし、複数種類の粒子線を用いる処方データとしてもよい。

【0070】

阻止能比変換部３７は、一般的な粒子線照射計画装置で行われているように、予め用意されている第１変換データ（変換テーブル）を用いて、３次元ＣＴ値データを各３次元位置における阻止能比ρ_Ｓに変換する。この変換により、阻止能比ρ_Ｓの３次元分布である阻止能比データが得られる。この阻止能比データへの変換は、予め用意した換算表によって変換する既存の技術で行えば良い。

【0071】

核反応実効密度変換部３８は、人体組織における阻止能比ρ_Ｓと核反応実効密度ρ_Ｎの相関関係を示す第２変換データを用いて、阻止能比データを各３次元位置における核反応実効密度ρ_Ｎに変換し、核反応実効密度ρ_Ｎの３次元分布を導出する。この変換により、核反応実効密度の３次元分布である核反応実効密度データが得られる。これにより、体内での線量計算に、水中で測定された線量分布をそのまま適用するのではなく、上述した［数２］〜［数４］で得られた減弱補正係数φ_ｗ^ｐ（ｚ）を用いて、［数５］に従って深さ毎に線量分布を補正して適用する。

【0072】

演算部３３は、処方データ、阻止能比データ、および核反応実効密度データを受け取り、これらに基づいて照射パラメータおよび線量分布を作成する。すなわち、処方データの照射位置に処方データの照射量の照射を行うために、粒子線照射システム１から照射すべき粒子線の量（粒子数）を阻止能比データおよび核反応実効密度データを用いて逆算し、粒子線照射システム１から照射する粒子線の照射パラメータを算出する。また、演算部３３は、算出した照射パラメータで粒子線を照射対象に照射した場合の線量分布を算出する。

【0073】

出力処理部３４は、算出した照射パラメータおよび線量分布を表示装置２２に出力して表示する。また、出力処理部３４は、照射パラメータおよび線量分布を、粒子線照射システム１を制御する制御装置１０に送信する。

【0074】

以上に説明した照射計画装置２０により、粒子線照射システム１は、水で近似して計画した照射パラメータよりも照射対象に合わせて高精度に補正された照射パラメータを用いて高精度なビームを照射することができる。ビームの照射は、例えばターゲット領域に対して一様な線量分布の照射を与えるスキャニング照射法を用いたスポットビームの照射（線量分布はスポットビームの総和となる）など、適宜の照射とすることができる。

【0075】

第２変換データ４２を阻止能比に対する核反応実効密度の補正としたため、既存の様々な粒子線照射システム１の照射計画装置２０に即座に導入して利用できる。詳述すると、ＣＴ値はＣＴ装置および撮影環境によって異なり、このＣＴ値から阻止能比に変換する換算表もＣＴ装置および撮影環境によって異なる。このため、ＣＴ値から直接核反応実効密度の補正を行う場合、ＣＴ装置や撮影環境毎に換算表を作成する必要が生じる。これに対して、既存の粒子線照射システム１においては、既に設置されたＣＴ装置および撮影環境における阻止能比への換算表が存在しているため、これを利用して装置や環境に個別の設定を不要とすることができる。すなわち、１つの第２変換データ４２を作成しておけば、どのようなＣＴ装置および撮影環境であっても、個別調整済みの換算表で計算された阻止能比から第２変換データ４２により核反応実効密度による補正を実施できる。このように補正するための第２変換データ４２を共通化することで、インストール時に誤ったデータを用いることも防止でき、安全に高精度の照射計画作成を実現することができる。

【0076】

また、体内の線量分布計算に、水中で測定された線量分布（上述した［数１］）をそのまま適用するのではなく、通過する物質の核反応確率の程度により線量分布を補正して適用することで、核反応に起因する線量誤差を簡便に補正できる。

【0077】

また、この照射計画装置２０により、粒子線照射計画の線量分布計算において、体内で入射粒子が起こす核反応の影響を正確に反映させることができる。これにより、体内組成を加味した、より正確な線量分布計算が可能になる。しかも、この方法は、簡便かつ人体組成の普遍的な性質を用いるものであり、どの照射計画装置にも搭載可能である。このため、この方法は、今後、炭素線を用いた粒子線照射計画の線量計算アルゴリズムの中で標準となりうる。

【実施例2】

【0078】

図８は、本発明の第２実施形態に係る粒子線照射システム１Ａの全体構成を示す説明図である。第１実施形態と異なる構成として、核反応実効密度変換部３８（図７参照）の代わりにＥＭ補正部３８ａ、ＥＬ／ＩＥ補正部３８ｂ、およびＮＥ補正部３８ｃが設けられ、照射計画補正プログラム３９ｂ（図７参照）の代わりに照射計画補正プログラム３９ｃが設けられ、第２変換データ４２の代わりに第２変換データ４２ａが設けられている。

【0079】

ＥＭ補正部３８ａ、ＥＬ／ＩＥ補正部３８ｂ、およびＮＥ補正部３８ｃは、阻止能比変換部３７から阻止能比データを受け取り、第２変換データ４２ａから補正係数Ａ’／Ａ，Ｙ’／Ｙ，γ’／γを受け取って、それぞれの補正を行う。

【0080】

ＥＭ補正部３８ａは、電磁相互作用（ＥＭ）の補正を行う部分であり、ＥＬ／ＩＥ補正部３８ｂは、弾性散乱（ＥＬ）及び非弾性散乱（ＩＥ）の補正を行う部分であり、ＮＥ補正部３８ｃは、核反応（ＮＥ）の補正を行う部分である。

【0081】

照射計画補正プログラム３９ｃは、第１実施形態と同様に、照射計画装置２０Ａの各機能部を動作させる。特に、この第２実施形態においては、ＥＭ補正部３８ａ、ＥＬ／ＩＥ補正部３８ｂ、およびＮＥ補正部３８ｃにより、上述した［数８］の式と第２変換データ４２ａを用いて照射計画の補正を行う。

【0082】

第２変換データ４２ａは、各組織の補正係数Ａ’／Ａ，Ｙ’／Ｙ，γ’／γを記憶している。

【0083】

その他の構成および動作は、第１実施形態と同一であるため、同一要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

【0084】

以上の構成および動作により、第２実施形態の粒子線照射システム１Ａは、水で近似して計画した照射パラメータよりも照射対象に合わせて高精度に補正された照射パラメータを用いて高精度なビームを照射することができる。ビームの照射は、例えばターゲット領域に対して一様な線量分布の照射を与えるスキャニング照射法を用いたスポットビームの照射（線量分布はスポットビームの総和となる）など、適宜の照射とすることができる。

【0085】

第２変換データ４２ａによって阻止能比から補正係数を導出するため、既存の様々な粒子線照射システム１Ａの照射計画装置２０Ａに即座に導入して利用できる。詳述すると、ＣＴ値はＣＴ装置および撮影環境によって異なり、このＣＴ値から阻止能比に変換する換算表もＣＴ装置および撮影環境によって異なる。このため、ＣＴ値から直接補正を行う場合、ＣＴ装置や撮影環境毎に換算表を作成する必要が生じる。これに対して、既存の粒子線照射システム１Ａにおいては、既に設置されたＣＴ装置および撮影環境における阻止能比への換算表（Ｘ線の減弱を粒子線のストッピングパーレーションに変換する換算表）が存在しているため、これを利用して装置や環境に個別の設定を不要とすることができる。すなわち、１つの第２変換データ４２ａを作成しておけば、どのようなＣＴ装置および撮影環境であっても、個別調整済みの換算表で計算された阻止能比を第２変換データ４２ａを用いて、電磁相互作用（ＥＭ）、弾性散乱（ＥＬ）、非弾性散乱（ＩＥ）、及び核反応（ＮＥ）に関わる補正係数の分布に変換し、各相互作用の水との違いを考慮した補正を実施できる。このように補正するための第２変換データ４２ａを共通化することで、インストール時に誤ったデータを用いることも防止でき、安全に高精度の照射計画作成を実現することができる。

【0086】

また、体内の線量分布計算に、水中で測定された線量分布（第１実施形態で説明した［数１］）をそのまま適用するのではなく、通過する物質の核反応確率の程度により線量分布を補正して適用することで、核反応に起因する線量誤差を簡便に補正できる。

【0087】

また、この照射計画装置２０Ａにより、粒子線照射計画の線量分布計算において、体内で入射粒子が起こす核反応の影響を正確に反映させることができる。これにより、体内組成を加味した、より正確な線量分布計算が可能になる。しかも、この方法は、簡便かつ人体組成の普遍的な性質を用いるものであり、どの照射計画装置にも搭載可能である。このため、この方法は、今後、陽子線を用いた粒子線照射計画の線量計算アルゴリズムの中で標準となりうる。

【0088】

この発明と実施の形態の対応において、
この発明の粒子線は、実施の形態の荷電粒子ビーム３に対応し、
以下同様に、
照射対象は、患者７に対応し、
領域は、ターゲット部８に対応し、
照射計画装置，コンピュータは、照射計画装置２０に対応し、
処方データ取得部は、処方データ入力処理部３２に対応し、
線量分布算出部は、演算部３３に対応し、
３次元スキャニングデータ取得部は、３次元ＣＴ値データ取得部３６に対応し、
反応物理量分布データ作成部は、阻止能比変換部３７および核反応実効密度変換部３８に対応し、
阻止能比補正処理部は、阻止能比変換部３７に対応し、
照射対象物質補正処理部は、核反応実効密度変換部３８、ＥＭ補正部３８ａ、ＥＬ／ＩＥ補正部３８ｂ、およびＮＥ補正部３８ｃに対応し、
核反応実効密度補正処理部は、核反応実効密度変換部３８に対応し、
粒子線作用補正処理部は、ＥＭ補正部３８ａ、ＥＬ／ＩＥ補正部３８ｂ、およびＮＥ補正部３８ｃに対応し、
反応物理量分布データは、第１変換データ４１および第２変換データ４２，４２ａに対応し、
３次元阻止能比データは、第１変換データ４１に対応し、
３次元核反応実効密度データは、第２変換データ４２に対応し、
成分は、第１成分、第２成分、および第３成分に対応するが、
これに限られるものではない。

【0089】

なお、上述した第１実施形態における実施例の補正における各成分の原子番号は、原子番号が６の炭素線治療に特化したものであるが、これに限らず、原子番号が異なる他の核種を用いる場合に、各成分に含まれる原子番号の範囲を適宜の範囲とすることができる。

【0090】

また、第２実施形態においては、［数８］を用いた補正処理において、「ＥＭ」「ＥＬ／ＩＥ」「ＮＥ」の３成分に対してそれぞれ補正し加算したが、これに限らず、「ＥＭ＋ＥＬ／ＩＥ」「ＮＥ」の２成分とする、あるいは、「ＥＭ」「ＥＬ」「ＩＥ」「ＮＥ」の４成分とする等、適宜の構成とすることができる。この場合も、水で近似して計画した照射パラメータよりも精度を向上させた照射計画を照射対象に合わせて作成することができる。

【0091】

また、阻止能比補正処理部（阻止能比変換部３７）と照射対象物質補正処理部（核反応実効密度変換部３８、ＥＭ補正部３８ａ、ＥＬ／ＩＥ補正部３８ｂ、およびＮＥ補正部３８ｃ）は、演算の概念として２系統の演算に分かれていればよいのであって、実際の演算は２つの補正処理をまとめて１つの演算で実行する構成にしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0092】

この発明は、粒子線を照射して治療する技術に利用することができる。

【符号の説明】

【0093】

３…荷電粒子ビーム
７…患者
８…ターゲット部
２０，２０Ａ…照射計画装置
３２…処方データ入力処理部
３３…演算部
３６…３次元スキャニングデータ取得部
３７…阻止能比変換部
３８…核反応実効密度変換部
３８ａ…ＥＭ補正部３８ａ
３８ｂ…ＥＬ／ＩＥ補正部３８ｂ
３８ｃ…ＮＥ補正部３８ｃ
４１…第１変換データ
４２，４２ａ…第２変換データ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】